参数里的魔术，你曾被哪些技术指标欺骗过？

你有没有注意到，魔术师都有一个漂亮的助手。舞台上的魔术师用漂亮的助手来转移观众的注意力，以顺利完成表演。观众的注意力越集中到魔术师所所塑造出的场景上，魔术师越容易表演成功。不幸的是，在编码器行业也存在这种“魔术师骗局”，设计工程师往往被蒙在鼓里。

这篇文章就是为了拆穿一些数据手册上的“诡计”，帮助设计工程师理清分辨率、可复制性、线性度与精准度之间的关系。很多工程师仍然认为一个标注每圈5000步的旋转编码器或角度编码器的可以精确到1/5000转，甚至还有一些工程师认为每圈10000步的编码器比每圈5000步的编码器精度高一倍。业界一些大的光电编码器公司也没有动力去纠正这种错误观点，甚至它们还可以浑水摸鱼，所以自然乐得这种混淆一直存在下去。
 

术语里面的魔术

1.角编码器

对于角编码器，分辨率是指其可靠检测到的最小角度变化，一个真正高分辨率的角编码器能够可靠地检测角度位置非常小的变化。高分辨率的编码器每圈的步数一定很高，但有一些角编码器宣称有12位的精度（相当于每圈4096步），但它们没有告诉工程师，12位中的最低两位都是噪声。
 
此时，如果系统真的需要编码器输出12位宽度的数据，那么最低两位的数据都是无效数据。这种编码器所能检测到的最小角度变化远比1/4096转要大，标成10位编码器才名副其实。当然，10位编码器远比12位编码器便宜。没错，这就叫做纸面指标（specmanship）。
 互联网
除了分辨率，编码器手册还应该提供另外一个参数：可重复性（此文中等同于最大测量误差）。但很少有厂商提供这个参数。
 
可重复性是衡量编码器分辨率质量的一个很好的指标，角编码器的可重复性是指传感器对于一个既定角度多次测量的最大偏差。理论上，可重复性应该等于±1LSB（最低有效位），达到这个水准才表示角编码器具备真正低噪声的输出。
 
由于磁滞效应，通常磁性角编码器的可重复性（测量误差）大得令人吃惊。一个精密的角编码器对于同一角度的测量应该有很高的可重复性。
 
此外，线性度与精确度也很重要，精确度是测量值与真实值之间的差异。大多数情况下，高线性度角编码器的精确度也会比较高。

2.光学编码器
光学编码器是最常用的一种编码器，光线通过一个码盘的（通常是玻璃码盘）光栅时反射和入射光组合成一个信号来度量码盘的位置。
 
玻璃码盘尺寸很小，所以光学编码器的厂商都以此为卖点，宣传玻璃码盘光学编码器精密度很高。但这些厂商往往不会明示，如果玻璃码盘上被灰尘、油脂等杂物弄脏以后会有什么影响。但因为有经验的工程师都会了解光学编码器的特性，所以这一篇也不会深入探讨脏污、玻璃的易碎性、光电器件的寿命和使用温度范围等问题。
 
安装公差问题则不那么被重视，很多人不了解光学编码器和环形编码器的安装公差与精确度的关系。假设一个码盘直径为1英寸光学环形编码器具备18位精度，即相当于26.3万步每转（译者注：实为262144步每转），很多设计工程师会将该精度等同于5角秒（arc-seconds，1角秒等于1度/3600），但事实上，这种光学编码器从来达不到5角秒的精度。
 
假设码盘的安装偏离中心 0.001 英寸（0.025 毫米），安装有误差的原因有很多，在此不一一赘述。要把码盘安装到理想位置需要太多的工程微调，其成本高到不可接受，所以实际使用中的光学编码器总会有由于位置偏离而造成的测量误差。
 
安装误差所导致的测量误差
 
由于安装误差导致的测量误差等于安装误差在码盘半径的投射。当安装误差为 0.001 英寸时，对于半径为０.５英寸的码盘，其测量误差为２豪弧度或 412 角秒。换句话说，不考起其他的固有误差，仅安装偏差就造成的测量误差就是理想精度的80多倍。
 
从经验上来说，1英寸直径的码盘安装误差控制在0.001英寸已经非常好，实际上安装误差在千分之二到百分之一（即0.002英寸至0.01英寸每英寸），所以实际的精度比预期精度要差几百倍。

如何破解编码器的参数魔术

要看穿编码器参数魔术的伎俩，需要做到以下几点：
确保自己理解什么是分辨率、可重复性和精确度
认真阅读数据手册，如果关键参数没有列出，请立即联系原厂或者更换供应商
注意安装公差，特别是在使用光学环形编码器与光学编码器等小尺寸编码器时